- •Под редакцией б.В.Сухинина Тула 2011 содержание
- •Рассмотрено на заседании
- •Лабораторная работа №1
- •Цель работы
- •1. Назначение и состав стенда
- •1.1. Компоновка оборудования
- •1.2. Блок генераторов напряжений
- •1.3. Наборная панель
- •1.4. Набор миниблоков по теории электрических цепей и основам электроники
- •1.5. Набор трансформаторов
- •1.6. Блок мультиметров
- •1.7. Ваттметр
- •1.8. Задание
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Лабораторная работа №2
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Контрольные вопросы и задачи
- •Библиографический список
- •Приложение протокол испытаний
- •Группа _____________ Студент ___________________ Дата___________
- •Лабораторная работа №3
- •Основные теоретические положения
- •Лабораторная работа №4
- •Основные теоретические положения
- •Лабораторная работа №5
- •Основные теоретические положения
- •Лабораторная работа №6
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Объект и средства исследования
- •Порядок проведения эксперимента
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Лабораторная работа №7
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Лабораторная работа №9
- •Цель работы
- •Основные теоретические положения
- •Лабораторная работа №10
- •Основные теоретические положения
- •Объект и средства исследования
1.8. Задание
Начертите эскиз наборной панели и на ней монтажную схему электрической цепи (рис 7) аналогично рис (3). Соберите простейшую электрическую цепь согласно схеме (рис 7), включив в нее два мультиметра в качестве амперметра. Путем измерений определите является ли ток одинаковым во всех точках цепи и убедитесь, что он равен нулю, когда цепь разомкнута или отключен источник.
Рис. 7. Простейшая электрическая цепь
Порядок выполнения эксперимента
-
Подайте постоянное напряжение 15 В к зажимам цепи (рис. 2.2 и определите, протекает ли ток и горит ли лампочка – при разомкнутой (с помощью выключателя) и замкнутой цепи.
-
Занесите данные измерений вместе с данными о состоянии лампочки в табл. 2.1.
Таблица 2.1
-
Выключатель
I1, мА
I2, мА
Лампа вкл.
Лампа выкл.
Замкнут
Разомкнут
-
Проверьте, будет ли протекать ток, когда источник напряжения отсоединен, а выключатель замкнут.
Лабораторная работа №2
ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Цель работы
1. Получить практические навыки использования электронных приборов: генератора, осциллографа, вольтметра.
2. Освоить способы определения параметров синусоидального напряжения с помощью электронного осциллографа.
Основные теоретические положения
-
Электронно-лучевой осциллограф.
Электронно-лучевой осциллограф (ЭЛО) является универсальным измерительным прибором. С его помощью можно визуально наблюдать и регистрировать изменяющиеся во времени сигналы. Он используется для измерения амплитуды, периода и частоты напряжения, угла сдвига фаз между напряжениями и других физических величин, преобразованных в электрические сигналы.
У прощённая структурная схема универсального осциллографа представлена на рис.1. он состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) и двух каналов управления лучом: канала Y и канала X. В канал Y входят аттенюатор Y и усилитель Y. В канал X входят: устройство запуска развёртки, генератор развёртки, аттенюатор X и усилитель X.
Основным узлом осциллографа является электронно-лучевая трубка, представляющая собой стеклянную колбу с высоким вакуумом, внутри которой жёстко закреплены электронная пушка и две пары взаимно перпендикулярных отклоняющих пластин: пластины Y и X.
Электронная пушка служит для создания узкого пучка электронов – электронного луча. В её состав входят: подогреваемый катод К, управляющий электрод (модулятор) М и два анода А1 и А2. Первый анод служит для фокусировки луча, второй – для ускорения электронов луча. Электронный луч образует на экране ЭЛТ светящуюся точку.
Пластины Y служат для отклонения луча по вертикали, на них подаётся исследуемое напряжение U(t) по каналу Y. Пластины X служат для отклонения луча по горизонтали, на них подаётся напряжение развёртки UX(t).
При работе осциллографа с внутренней развёрткой на пластины X от генератора развёртки подаётся пилообразное напряжение, возвращающее по линейному закону. Под воздействием его электронный луч отклоняется и светящаяся точка перемещается по экрану в горизонтальном направлении с постоянной скоростью.
При работе осциллографа с внешней развёрткой напряжение развёртки подаётся через вход X от внешнего источника.
Аттенюаторы служат для ослабления больших сигналов, а усилители для усиления малых сигналов.
-
Генератор синусоидальных колебаний.
Г енераторы синусоидальных колебаний являются источниками электрических колебаний, форма которых заранее известна, а частота, напряжение (или мощность) и некоторые другие параметры сигналов могут регулироваться в определённых пределах. Такие генераторы бывают низкочастотные и высокочастотные. Низкочастотные генераторы охватывают диапазон частот в пределах от долей герца до 200 кГц. Структурная схема низкочастотного генератора приведена на рис.2.
Задающий генератор вырабатывает синусоидальный сигнал, частоту которого можно регулировать дискретно («множитель частоты») и плавно. Усилитель состоит усилителя напряжения и усилителя мощности. Выходное устройство предназначено для создания на нагрузке заданного напряжения (мощности), а также для согласования выходного сопротивления генератора с сопротивлением нагрузки. Выходное устройство состоит из делителя напряжения (аттенюатора) и согласующего трансформатора.
В данной работе рассматривается применение осциллографа для определения по осциллограмме амплитуды и периода синусоидального напряжения, получаемого от генератора. Для решения этой задачи на вход Y подаётся исследуемое напряжение U(t), которое после преобразования в канале Y поступает на пластины Y. На пластины X подаётся линейно изменяющееся напряжение UX(t) от генератора развёртки через усилитель X. Переключатель выбора развёртки при этом должен быть поставлен в положение «Внутренняя развёртка». При решении данной задачи принято использовать внутреннюю синхронизацию генератора развёртки, а поэтому переключатель S1 включается на канал Y, т.е. в положение «Внутренняя синхронизация».
В данном опыте на электронный луч действуют две электростатические силы FX и FY. Сила FX направлена вдоль оси Х и отклоняет луч с постоянной скоростью VX. Сила FY направлена вдоль оси Y и изменяется по закону синуса: FY = FYmsint.Под воздействием такого рода сил электронный луч будет перемещаться по поверхности экрана по синусоидальной кривой (рис.3).
Амплитуда Um и период Т исследуемого напряжения определяются по формулам Um = SYCY; T = SXCX, где SY и SX – расстояния, равные амплитуде и периоду синусоиды, полученной на экране; CY и CX – цены делений сетки экрана вдоль осей Y и X при данном положении переключателей усиления Y (Вольт/дел) и длительность развёртки (Время/дел) соответственно.
Для синусоиды, представленной на рис.3, SY = 1,7 дел, SX = 7,3 дел. Допустим, что при этом переключатель «Вольт/дел» установлен в положение 2 В/дел (CY = 2 В/дел), а переключатель «Время/дел» установлен в положение 10 мс/дел (CX = 10 мс/дел), тогда Um = 1,72 = 3,4 В, Т = 7,31010-3 = 0,073 с.
Действующее значение U, частота f и угловая частота этого напряжения будут равны:
Уравнение мгновенного значения этого напряжения ( при u = 0) , будет иметь следующий вид: U(t) = 3,4sin87,9t В.
ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами и средствами исследования в данной работе являются электронные измерительные и задающие приборы: генератор синусоидальных колебаний и электронно-лучевой осциллограф.
В качестве генераторов в лабораториях кафедры используются генераторы типа ГЗ-36, ГЗ-33, ГЗ-109, ГЗ-56/1. Эти генераторы имеют следующие технические характеристики: диапазон изменения частот 20 Гц – 200 кГц, выходное напряжение 0,3 мВ – 30 В, погрешность установки частоты 3%.
В качестве осциллографа используются однолучевые осциллографы типа С1-72, С1-65, С1-67, С1-49. Они имеют следующие технические характеристики: полоса пропускания 0-1 МГц, максимальная чувствительность 2000 мм/В (калибровочный коэффициент 1/2000 В/м = 0,005 В/дел), длительность развёртки 01 мкс/дел – 2 с/дел, погрешность измерения 10%, входное сопротивление 1МОм.
ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
-
Включить электронные приборы: осциллограф, генератор и вольтметр с помощью выключателей «Сеть» и дать им прогреться в течении 2-3 мин.
-
Ознакомиться с ручками управления на лицевых панелях электронных приборов и получить на экране осциллографа изображение прямой горизонтальной линии.
-
Осуществить с использованием осциллографа измерение параметров синусоидального напряжения, получаемого с генератора.
-
Подключить к выходным клеммам генератора вход Y осциллографа и электронный вольтметр согласно схеме на рис.4 (прил.).
-
Для выполнения опыта 1 установить на генераторе одну из комбинаций указанных в табл.1 (прил.) значений частоты fr и напряжения Ur выходного сигнала, используя ручки управления, лимб частоты и стрелочный индикатор напряжения. Значения Ur и fr записать в табл.2 (прил.).
-
Осуществить настройку осциллографа для получения на экране устойчивого изображения 2-3 периодов синусоиды. При этом центральные ручки плавной регулировки длительности развёртки («Время/дел») и усиления («Вольт/дел») должны быть повёрнуты до отказа вправо.
-
Используя сетку экрана, определить расстояния SY и SX, соответствующие амплитуде и периоду синусоиды. По положениям ручек переключателей (ступенчатой регулировки) усиления Y (Вольт/дел) и длительности развёртки (Время/дел) определить цены делений сетки экрана СY и СХ вдоль осей Y и Х. Значения SY, SX, СY, СХ записать в табл.2 (прил.).
-
Выбрав необходимый предел измерения, снять показания вольтметра UВ и записать их в табл.2 (прил.).
-
Вычислить амплитудное значение Um, период Т, частоту f = 1/T, угловую частоту = 2f и действующее значение U = Um/ измеряемого сигнала. Результаты записать в табл.2 (прил.)
-
Выполнить опыты 2-4 по аналогии с опытом 1 (пп.3.2. – 3.6.) для трёх других возможных комбинаций Ur и fr из табл.1 (прил.).
-
-
Для одного из опытов составить уравнение мгновенного значения U(t) при условии, что u = 0.
-
Согласовать результаты с преподавателем, после чего отключить все приборы и разобрать электрическую цепь.